(57)【要約】  コンパクト化でき、また、高効率でかつカットオフ特性に優れた車両用前照灯を提供する。  車両用前照灯１００は、面発光の光源２と、第１反射鏡１と、レンズ３と、を有し、車両進行方向に向かってｚ軸を取り、それに直交する水平方向をｘ軸、鉛直方向をｙ軸とした際に、曲率を有する第１反射鏡１の頂点位置を座標の原点Ｐに取り、ｙｚ平面内において、第１反射鏡１の曲率中心側に光源２が設けられ、原点位置Ｐから第１反射鏡１の光源２側の最も頂点に近い焦点を第１焦点、もう一方の焦点を第２焦点とし、原点位置Ｐから第１焦点位置までの距離をＦ１、原点位置Ｐから第２焦点位置までの距離をＦ２、原点位置Ｐからレンズ３のｚ軸方向後ろ側の焦点位置までの距離をＦとすると、下記式（１）を満たす。  ｜Ｆ−Ｆ１｜≦｜Ｆ２｜（ｍｍ）・・・式（１）
2011078008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光の光源と、
第１反射鏡と、
レンズと、を有し、
車両進行方向に向かってｚ軸を取り、それに直交する水平方向をｘ軸、鉛直方向をｙ軸とした際に、曲率を有する前記第１反射鏡の頂点位置を座標の原点に取り、
ｙｚ平面内において、
前記第１反射鏡の曲率中心側に前記光源が設けられ、
座標の原点位置から前記第１反射鏡の光源側の最も頂点に近い焦点を第１焦点、もう一方の焦点を第２焦点とし、
座標の原点位置から前記第１焦点の位置までの距離をＦ１、
座標の原点位置から前記第２焦点の位置までの距離をＦ２、
座標の原点位置から前記レンズのｚ軸方向後ろ側の焦点位置までの距離をＦとすると、下記式（１）を満たすことを特徴とする車両用前照灯。
｜Ｆ−Ｆ１｜≦｜Ｆ２｜（ｍｍ）・・・式（１）
【請求項２】
前記レンズの焦点位置から前記レンズの車両進行方向における前側の第１面までの長さをＦｂとすると、下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
｜Ｆ−Ｆ１｜≦｜Ｆｂ｜（ｍｍ）・・・式（２）
【請求項３】
下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
｜Ｆ｜＜｜Ｆ２｜・・・式（３）
【請求項４】
前記第１反射鏡及びレンズのいずれか一方又は両方はｘ軸方向とｙ軸方向とでパワーが異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
【請求項５】
前記光源の発光面のｚ軸方向の長さをＬとすると、下記式（４）を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
Ｌ≦３（ｍｍ）・・・式（４）
【請求項６】
車両進行方向における前記第１反射鏡と前記レンズとの間に、遮光部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
【請求項７】
車両進行方向における前記第１反射鏡と前記レンズとの間に、反射板が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
【請求項８】
下記式（５）を満たすことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
（光源の発光面の中心と第１反射鏡の第１焦点との間の最短距離）２＜発光面積・・・式（５）
【請求項９】
前記光源は半導体発光素子又は有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
【請求項１０】
座標の原点位置から前記レンズの第１面までの距離をＬｓとすると、下記式（６）を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
Ｌｓ≧Ｆ２・・・式（６）
【請求項１１】
前記レンズはｚ軸に対してｙ軸の発光面側（ｙ軸の正の方向）にシフト偏心していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の車両用前照灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境面への配慮などから小型・軽量なヘッドライトが望まれており、ヘッドライトの光源として白色ＬＥＤを使用することが期待されている。【０００３】
ヘッドライトに要求される性能の一つに十分な輝度が挙げられる。これはヘッドライトの基本的な性能として欠かすことのできない要件である。十分な輝度を達成するためには、光学系の効率を上げること、光源自体の光量を増加させることの２方向からのアプローチが必要である。【０００４】
前者のアプローチでは、光学系の構成を工夫して光利用効率の向上を図ることである。ただし、光学系を小型化すると光学系の効率を保つのは困難となるため、光源の光量増加が必須となる。従って後者のアプローチ、すなわち光源自体の光量を増加させる必要があるが、ＬＥＤチップ単体で光量を増加させるには限界があり必要なパワーを確保することが困難であることから、複数個のチップを使用するという形態が一般的に用いられている。【０００５】
以上のように、ＬＥＤを光源としたヘッドライト光学系では、光学系の小型化が要望されるとともに、複数個のＬＥＤチップを使用する必要があることから、光学系の大きさに対する発光面の面積が相対的に大きくならざるを得ない。このことは、光源が点光源としてみなせないということであり光学系の構成を考える上で、発光位置の空間的な広がりを考慮する必要があることを意味している。【０００６】
従来より、ヘッドライト用の光学系としては、楕円反射鏡と投影レンズからなる構成のものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。この場合、楕円反射鏡の楕円面で集光し、投影レンズで車両前方にほぼ平行な光を出射する。光源が点光源の場合には、楕円面、投影レンズのパラメータを調整することで、完全な平行光を出射することができる。しかしながら、このような光学系では、光源の面積が光学系の大きさに対して相対的に大きくなった場合に全ての光を平行光として出射できないことや、奥行き方向（車両進行方向）の長さの短縮が難しいといった課題がある。【０００７】
その他、ヘッドライト用の光学系として、楕円反射鏡と放物面反射鏡とを組み合わせて用いた構成のものが知られている（例えば、特許文献４参照）。この場合、楕円反射鏡の楕円面の第１焦点に光源を配置し、基本的には楕円面の第２焦点と放物面の焦点を概略一致させ、楕円反射鏡の楕円面で集光し、投影レンズの代わりに放物面で平行光を出射する。このような構成によれば、点光源を使用した場合には楕円面で反射された光を平行光とすることができる。また、特許文献４では、楕円面で反射してから放物面で反射する光路、直接放物面に入射する光路などの光路に応じて、放物面を分割し各領域を最適な形状に設定することで、全ての出射光を略平行光にすることができる構成としている。これらの構成は、楕円反射鏡と投影レンズからなる光学系と比較して、光路を折り曲げているため車両進行方向のサイズを短縮することができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２０９６０４号公報
【特許文献２】特開２００８−７７８９０号公報
【特許文献３】特開２００９−１９９９３８号公報
【特許文献４】特開２００７−１２３０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来例の構成は光源が点光源とみなせる場合に、最良の性能が得られる構成である。そのため、光学系が小型化し相対的に光源が大きくなった場合や光源がある大きさを有している場合には、上述したような従来の構成では十分な性能が得られないという課題があった。具体的には、発光位置の広がりの影響は、地面に対して水平な方向（左右方向と前後方向）によって異なるため、光源面積が光学系に対して大きくなった場合に十分な性能を得ることが難しかった。【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、白色ＬＥＤを光源としてヘッドライト光学系において、反射面が滑らかで分割されていないにも関わらず、小型化、特に前後サイズの薄型化が可能でコンパクト化でき、また、高効率でかつカットオフ特性に優れた車両用前照灯を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、面発光の光源と、
第１反射鏡と、
レンズと、を有し、
車両進行方向に向かってｚ軸を取り、それに直交する水平方向をｘ軸、鉛直方向をｙ軸とした際に、曲率を有する前記第１反射鏡の頂点位置を座標の原点に取り、
ｙｚ平面内において、
前記第１反射鏡の曲率中心側に前記光源が設けられ、
座標の原点位置から前記第１反射鏡の光源側の最も頂点に近い焦点を第１焦点、もう一方の焦点を第２焦点とし、
座標の原点位置から前記第１焦点の位置までの距離をＦ１、
座標の原点位置から前記第２焦点の位置までの距離をＦ２、
座標の原点位置から前記レンズのＺ軸方向後ろ側の焦点位置までの距離をＦとすると、下記式（１）を満たすことを特徴とする車両用前照灯が提供される。【００１２】
｜Ｆ−Ｆ１｜≦｜Ｆ２｜（ｍｍ）・・・式（１）
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高効率でコンパクトかつカットオフ特性に優れた照度分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における車両用前照灯を側方から見た場合における概略側面図である。
【図２】図１に示した車両用前照灯の模式図である。
【図３】レンズの具体例を示した斜視図である。
【図４】（ａ）は、遮光部材を配置した場合の光線を示した側面図、（ｂ）は前方から見た際の前面図である。
【図５】（ａ）は、補助反射鏡を配置しない場合の光線を示した図であり、（ｂ）は、補助反射鏡を配置した場合の光線を示した図である。
【図６】光学系の効率を規定する際の用語を説明するための模式図である。
【図７】出射光の照度分布を得る際の車両用前照灯とスクリーンとの配置関係を示した模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は車両進行方向から見た際の前面図である。
【図８】実施例１の出射光の照度分布である。
【図９】実施例２の出射光の照度分布である。
【図１０】実施例３の出射光の照度分布である。
【図１１】実施例４の出射光の照度分布である。
【図１２】実施例５の出射光の照度分布である。
【図１３】実施例６の出射光の照度分布である。
【図１４】実施例７の出射光の照度分布である。
【図１５】実施例８の出射光の照度分布である。
【図１６】実施例９の出射光の照度分布である。
【図１７】実施例１０の出射光の照度分布である。
【図１８】実施例１１の出射光の照度分布である。
【図１９】実施例１２の出射光の照度分布である。
【図２０】実施例１３の出射光の照度分布である。
【図２１】実施例１４の出射光の照度分布である。
【図２２】比較例１の出射光の照度分布である。
【図２３】比較例２の出射光の照度分布である。
【図２４】比較例３の出射光の照度分布である。
【図２５】比較例４の出射光の照度分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態における車両用前照灯を側方から見た場合における概略側面図、図２は、図１に示した車両用前照灯の模式図である。
【００１７】
なお、図中、ｘ軸方向は車両の進行方向と垂直で地面と水平な方向（左右方向）、ｙ軸方向は地面と鉛直な方向（上下方向）、ｚ軸方向は車両進行方向で地面と水平な方向とする。
【００１８】
図１、図２に示すように、車両用前照灯１００は、光源２と、第１反射鏡１と、レンズ３と、を備える。
【００１９】
光源２は、面発光をし、例えば平板状に形成されている。ここで、面発光とは、発光面の面積が０．２５ｍｍ２以上のものを示す。なお、発光面の面積は、光源２の発光領域を囲むように発光領域に接するｘ軸に平行な線とｚ軸に平行な線で形成される長方形の面積とする。また、光源２を複数有する場合の発光面の面積は、複数の光源を囲むように最外部に位置する発光領域に接するｘ軸に平行な線とｚ軸に平行な線で形成される長方形の面積とする。このような光源２としては、白色ＬＥＤなどの半導体発光素子又は有機ＥＬ素子が挙げられる。
【００２０】
光源２の発光面（図２では上の面）はｙ軸の正の方向を向いており、また、光源２の発光面（図２では上の面）の面積Ｓは、車両進行方向（ｚ軸方向）の長さをＬとし、それと直交する水平な方向（ｘ軸方向）の長さをＭとすると、Ｓ＝Ｍ×Ｌと表せ、下記式（４）を満たすことが好ましい。
【００２１】
Ｌ≦３（ｍｍ）・・・式（４）
上記式（４）は、光源２の車両進行方向の大きさを制限した条件式であって、この条件式（４）内に収まる面発光の光源２とすることにより、高効率でコンパクトかつカットオフ特性に優れた照度分布を得るのに有効となる。
【００２２】
なお、図２においては、光源２の発光面は、ｘ軸とｚ軸に平行となるように配置されているが、ｘ軸とｚ軸よりなる平面に対して２０°以下の範囲であれば傾けて配置してもよい。この場合Ｌはｙ軸方向から見た発光面のｚ軸方向の長さとする。
【００２３】
光源２は、具体的には、図示しないが複数個のＬＥＤチップとＬＥＤチップ上に形成された蛍光体層から構成されている。ＬＥＤチップは、第１の所定波長の光を出射するものであり、本実施形態においては青色光を出射するようになっている。ただし、本発明のＬＥＤチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップによる出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組み合わせであるものであれば、使用可能である。
【００２４】
なお、このようなＬＥＤチップとしては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能である。
【００２５】
蛍光体層は、ＬＥＤチップから出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長に変換する蛍光体を有している。本実施の形態では、ＬＥＤチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。
【００２６】
このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。
【００２７】
以下の説明では、第１反射鏡が楕円を基調とした面で構成されている場合を例として説明する。
【００２８】
第１反射鏡１は、内部が空洞の楕円球を、短軸１ｂを含む平面に沿って垂直に切断された曲率を有する略半楕円形状をなしている。但し、第１反射鏡１を形成する際に上記のように切断して成形する必要はなく、表面形状が第１反射鏡１で必要とされる略半楕円球状となるように金属を直接成形してもよいし、ガラスや樹脂基板等を成形した後に表面に蒸着などにより金属反射層を形成して反射面を構成することで反射鏡としてもよい。第１反射鏡１の内面１３（光源２に対向する面）の反射面は広い波長域で高い反射率を容易にえることが可能な、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属あるいは金属膜で構成されていることが好ましい。また、反射面は、熱あるいはＬＥＤチップからの光に対して劣化しにくい材料で構成することが好ましい。
【００２９】
このような第１反射鏡１は、楕円球を短軸１ｂ方向に沿って切断した形状である切断面１１が車両進行方向の前方を向いている。
【００３０】
なお、第１反射鏡はアナモフィックな面でも良い。
【００３１】
レンズ３は、第１反射鏡１よりも車両進行方向に対して前方に設けられて、水平方向（ｘ軸方向）及び鉛直方向（ｙ軸方向）とでパワーが異なるアナモフィックな光学系であることが望ましい。これにより、ｘ軸方向には広く、ｙ軸方向には狭い角度分布を持った照度分布を得ることが可能となる。レンズは、ｘｙ多項式のような自由曲面でも良いし、また、光軸（ｚ軸方向）を挟んで左右（ｘ軸方向）に非対称な面形状でも良い。また、上下（ｙ軸方向）に非対称な面形状でも良いし、左右上下全てに非対称な面形状を持った光学系であるとより望ましい。このようなアナモフィックな光学系の例として図３（ａ），（ｂ）に示した。
【００３２】
また、第１反射鏡１の頂点位置を座標の原点Ｐとしたとき、レンズ３はｚ軸に対してｙ軸方向にシフト又はｘ軸周りのチルトなどの偏心をしていることが好ましい。このように偏心することで、光量を有効に活用することができ、また平行光を得ることができる。なお、レンズ３に限らず、第１反射鏡１又は光源２を偏心させても良い。
【００３３】
図２に示すように、第１反射鏡１の頂点位置を座標の原点Ｐに取り、ｙｚ平面内において、第１反射鏡１の曲率中心側に光源２が配置されている。また、座標の原点位置Ｐから第１反射鏡１の光源２側の最も頂点に近い焦点を第１焦点（Ｍｆ１）とし、もう一方の焦点を第２焦点（Ｍｆ２）、座標の原点位置Ｐから第１焦点位置までの距離をＦ１、座標の原点位置Ｐから第２焦点位置までの距離をＦ２、座標の原点位置Ｐからレンズ３の車両進行方向ｚの後ろ側（光源側）焦点位置（Ｌｆ）までの距離をＦとすると、下記式（１）を満たす。
【００３４】
｜Ｆ−Ｆ１｜≦｜Ｆ２｜（ｍｍ）・・・式（１）
なお、下記Ｆ，Ｆ１，Ｆ２，Ｆｂの値は全てｙｚ断面における値である。また、第１反射鏡が頂点を含まない場合、第１反射鏡の最も光源に近い側の端点から上記光源２の発光面を含む平面に下ろした垂線とが交わる点を第１反射鏡の頂点とする。
【００３５】
なお、第１焦点、第２焦点は第１反射鏡が楕円を基調とする面または双曲面などの場合に存在するものであり、例えば球面や放物面などの場合第２焦点は存在せず、第２焦点＝第１焦点となる。
【００３６】
このように式（１）を満たすことによって高効率でコンパクトかつカットオフ特性に優れた照度分布を得ることができる。より望ましくは、｜Ｆ−Ｆ１｜≦｜（Ｆ１＋Ｆ２）／２｜である。そして、上記式（１）の条件式を外れると光学系の効率が低下してしまう。なお、従来技術のように｜Ｆ｜＝｜Ｆ２｜の条件とすると、光源２が有限の場合にレンズ３に入る光量が低下してしまい、結果として光学系の効率は低くなってしまう。
【００３７】
また、レンズ３の車両進行方向ｚの後ろ側（光源側）の焦点位置Ｌｆからレンズ３の第１面Ｓ２（車両進行方向の前側の面）までの長さをＦｂとすると、下記式（２）を満たすことが好ましい。
【００３８】
｜Ｆ−Ｆ１｜≦｜Ｆｂ｜（ｍｍ）・・・式（２）
上記式（２）は、第１反射鏡（光源２の位置）１とレンズ３との位置関係について規定した式であり、この条件を満たすと効率が良くコンパクトかつカットオフ特性に優れた光学系の構成とすることができる。この条件式（２）を外れると、レンズ３に入る光束が少なくなってしまい、レンズに光が入射してもその光束が前方に出射しなかったり、レンズ内部で全反射が起きて後方に出射してしまうなどの光学系の効率が低下してしまう。上記式（１）と式（２）を同時に満たすことでより相乗効果を期待することができる。
【００３９】
さらに、ＦとＦ２とは下記式（３）を満たすことが好ましい。
【００４０】
｜Ｆ｜＜｜Ｆ２｜・・・式（３）
上記式（３）は、レンズ３の焦点位置と第１反射鏡１の第２焦点位置との関係式であって、この式（３）を満たすことによってコンパクトな光学系とすることができる。
【００４１】
また、下記式（５）を満たすことが好ましい。
（光源の発光面の中心と第１反射鏡の第１焦点との間の最短距離）２＜発光面積・・・式（５）
上記式（５）は、ｚ軸方向における、発光面の中心位置と第１反射鏡１の焦点位置の関係式であって、この関係式を満たすことによって、照度分布をより任意に制御することが可能となる。なお、発光面の中心とは、面発光光源２の中心位置であり、例えば、面発光光源２が複数ある場合はその複数ある面発光光源２の全体をｘ軸とｚ軸にそれぞれ平行な線で囲まれる長方形の中心のことを指す。
【００４２】
また、座標の原点位置Ｐからレンズ３の第１面Ｓ２までの距離をＬｓとすると、下記式（６）を満たすことが好ましい。
【００４３】
Ｌｓ≧Ｆ２・・・式（６）
上記式（６）を満たすことによって、コンパクトかつ効率用の良い光学系を得ることができる。
【００４４】
図４は、より良いカットオフ特性を得るために遮光部材を配置した場合である。
【００４５】
一般的に、対向車側にはすれ違い用のビームとして好適なカットオフラインを持つ配光が要求されており、また、歩行者側には歩行者や標識確認のために、カットオフラインの無い配光が必要とされる。これを満たすために、図４に示すように遮光部材を設けることが好ましい。遮光部材４は第１反射鏡１の頂点位置を座標の原点としたとき、第１反射鏡１の内側で、ｚ軸を挟んで左右方向（ｘ軸方向）における一方の側を遮光するように（図４（ｂ）参照）配置することが好ましい。図４（ｂ）のように遮光部材４を用いることによって左右方向のカットオフ特性を変化させて、良好なカットオフ特性を得ることができる。
【００４６】
図５（ａ）は、補助反射鏡を配置しない場合であり、図５（ｂ）は、補助反射鏡を配置した場合である。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、車両進行方向において第１反射鏡１とレンズ３との間で、かつ、鉛直方向において第１反射鏡１の下方に補助反射鏡５を配置することが好ましい。補助反射鏡５は、例えば、略平面形状をなし、車両進行方向に対して後方の端部を前方の端部よりも下向きとなるように傾斜して配置することが好ましい。このような補助反射鏡５により、所望の照度分布を得ることが可能となる。補助反射鏡５は、平面ミラーでも良いし、シリンダパイプのようなミラーでも良い。
【００４８】
以上のように、光源２と、第１反射鏡１と、レンズ３とから構成され、上記式（１）を満たすことによって、第１反射鏡１とレンズ３との距離を近づけることができ、その結果、点光源ではなく、光源２が面発光の場合において、従来の光学系と比較してコンパクト化することができ、高効率でかつカットオフ特性に優れた照度分布を得ることができる。
【００４９】
なお、第１反射鏡に双曲面形状を用いることで、最大光度領域と光度０の領域との角度差が小さい、つまり、最大光度から光度０への、光度分布の勾配角度が急な優れたカットオフ特性を有するヘッドライト光学系を提供することができる。
【００５０】
つまり、Ｆ１＜｜Ｓ０−Ｐ｜かつＦ＜０である。
【００５１】
またこのとき、Ｆ２の値はＦ２＜Ｆ（絶対値では｜Ｆ｜＜｜Ｆ２｜）の範囲を取る。
【００５２】
なお、ここで言う双曲面形状とはＸ＝０におけるｙ方向の形状についてである。つまり、ｘ方向には曲率や形状が異なるバイコーニック面でもよいし、左右非対称なｘｙ多項式面でもよい。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明について実施例及び比較例を用いて具体的に説明する。【００５４】
下記表１、表２に示すように、各パラメータを所定値となるように設計した車両用前照灯（実施例１〜実施例１４、比較例１〜比較例４）を用いて光源を照射した場合の性能をシミュレーションした結果を、下記表３に示す。このとき、各実施例及び比較例において以下に示す設計性能の評価を行った。なお、表１、表２中、ｄは投影レンズの軸上厚を表している。【００５５】
一般に光軸ｚを中心とした回転対称な多項式非球面の式は以下のように表せる。【００５６】
【数１】
2011078008.tif 000003
【００５７】
ｚは曲率のサグ量、ｙは光軸からの高さ、Ｒはｙｚ平面内での曲率半径、κはコーニック係数を表す。【００５８】
また、一般に光軸ｚに対してそれに直交する方向をｘ，ｙとすると、バイコーニック面の記述式は下記の如く表せる。【００５９】
【数２】
2011078008.tif 000004
【００６０】
但し、Ｒｘ：ｘ方向曲率半径、Ｒｙ：ｙ方向曲率半径、κｘ：ｘ方向のコーニック係数、κｙ：ｙ方向のコーニック係数である。【００６１】
ｘｙ多項式面の式は下記の如く表せる。【００６２】
【数３】
2011078008.tif 000005
【００６３】
但し、Ｎ：多項式係数の個数、Ａｉ：ｉ番目の項の係数である。【００６４】
なおそれぞれの実施例に使用されているレンズについては実施例３、５は多項式非球面、実施例４，７、１１〜１４はバイコーニック面、実施例６はｘｙ多項式面である。また、実施例５は図４（ｂ）に示す遮光板を用いている。【００６５】
【表１】
2011078008.tif 000006
【００６６】
【表２】
2011078008.tif 000007
【００６７】
【表３】
2011078008.tif 000008
【００６８】
【表４】
2011078008.tif 000009
【００６９】
［小型化］
小型化の尺度として、発光面の面積に対する光学系が占める体積の比Ｒを用い、各実施例及び比較例についてＲの値を求めた。Ｒは以下のようにして算出し、その結果を表４に示した。【００７０】
Ｒ＝Ｖ／Ｓ［ｍｍ］
Ｓ：発光面の面積［ｍｍ２］
Ｖ：光学系の体積［ｍｍ３］（光学系の体積は、光源から出射された光が光学系から出射するまでに通過する光学系内の光通過領域の水平方向の最大長さ×鉛直方向の最大長さ×車両進行方向の最大長さ）
現行の白色ＬＥＤを用いた車両用前照灯では、Ｓ＝３［ｍｍ２］、Ｖ＝１２０００００［ｍｍ３］（水平方向の最大長さ：２００［ｍｍ］、鉛直方向の最大長さ：６０［ｍｍ］、車両進行方向の最大長さ：１００［ｍｍ］）程度が一般的であり、Ｒ＝４０００００［ｍｍ］となる。本発明では、この６．４分の１であるＲ＜６２５００の場合を小型の光学系と定義する。これは、Ｓ＝４［ｍｍ２］に対し、Ｖ＜２５００００［ｍｍ３］（水平方向の最大長さ：１００［ｍｍ］、鉛直方向の最大長さ：５０［ｍｍ］、車両進行方向の最大長さ［５０ｍｍ］に相当する。【００７１】
［高性能］
白色ＬＥＤ光源の発光面積に対して小型な光学系でありながら高性能であるという点については、下記の尺度ηを用い、各実施例及び比較例についてηの値を求めた。ηは以下のようにして算出し、その結果を表３に示した。ここで一般的に要求される性能を満たすためにはη＞１．０Ｅ−５（Ｅ−５は１０−５を表す）であることが好ましい。【００７２】
η＝光学系の効率／Ｒ
光学系の効率＝前方への出射光［Ｌｕｍｅｎ］／光源からの出射光［Ｌｕｍｅｎ］
前方：車両進行方向から水平方向に±２５°以内、鉛直方向で−１０°〜１０°以内とする（図６参照）。【００７３】
【表５】
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【００７４】
表４の結果より、実施例１〜実施例１４は、比較例１〜比較例４に比べて小型化及び高性能の両立を図れることがわかる。【００７５】
さらに、図７（ａ），（ｂ）に示すように、実施例１〜実施例１４及び比較例１〜比較例４の車両用前照灯から前方に１０ｍ離れた位置に、路面に垂直となるように仮想的なスクリーンを設け、車両用前照灯で照射した場合のシミュレーションを行った。光源にはランバート分布のＬＥＤを想定してシミュレーションを行った。このときの出射光の照度分布［ｌｘ］を図８〜図２４に示した。図８〜図２４の図において、横軸は水平方向距離［ｍｍ］、縦軸は鉛直方向距離［ｍｍ］を表す。なお、図の照度分布は１つの車両用前照灯を使用した場合である。【００７６】
照度分布が良好な条件（実施例の条件）とは、（ｉ）４００ｌｕｍｅｎの光源で、（ii）光源位置から１０ｍ先のスクリーン上において最も強い中心照度１００ｌｘ以上、（iii）ホットスポットが複数無い（最も照度の強い箇所が２つ以上無い）、（iv）ｙ軸方向にダラダラと広がっていないことである。【００７７】
図８〜図２４の結果より、実施例１〜実施例１４は、比較例１〜比較例４に比べて明らかに照度分布が優れ、高性能であることが認められる。
【符号の説明】
【００７８】
１  第１反射鏡
２  光源
３  レンズ
４  遮光部材
５  反射板
１００  車両用前照灯
Ｍｆ１  第１反射鏡の第１焦点
Ｍｆ２  第１反射鏡の第２焦点
Ｌｆ  レンズの焦点
【図２１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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